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摘 要：电动机作为现代社会最主要的动力源，是目前生活和工作中应用最广泛的机器设备之一。电动机启动故障将直接导致机器的正常运转，不但会影响日常生活和阻碍正常生产，甚至会造成安全事故。文章就通用变频器对普通三相异步电机起动的影响进行了分析和探讨。
关键词：电动机；故障；通用变频器
三相异步电机由定子和转子组成，定子由机座中的定子绕组和定子铁芯组成，转子由转子绕组和转子铁芯组成。按转子的结构不同，可将异步电机分为笼型和绕线转子两大类。笼型异步电机构造简单，价格较低，维护方便，逐渐已成为应用最广泛的电动机之一。绕线转子异步电机构造复杂，价格相对较高，但因其调速、启动性好等优点，具有非常好的应用前景。三相异步电机的绕组是一个相对对称的三相绕组，在将定子绕组通入对称的三相交流电流时，就会在电机内部形成一个旋转磁场，通过旋转磁场切割电子绕组，从而产生感应电流，转子导体在定子旋转磁场的作用下产生电磁力，进而在电机转轴上形成电碰转矩，驱动电机旋转。
1.对电机技术参数的影响
电机转动时，转子的感生电动势、感抗、电流和转矩均受供电电源频率的影响。当使用变频器牵引异步三相电机时，变频器产生的高次谐波进入电机，引起电机转子感抗的变化，在电机转子电路中产生谐波电动势和谐波电流。不同幅值和频率的谐波电动势和谐波电流必将引起电机转子绕组铜耗和铁芯铁耗的增加，这些损耗都会使异步电机的效率和功率因数降低，而这些损耗大部分的能量都转变成热能，引起电机的附加发热，导致普通异步电机工作温度的上升。电机运行过程中，电机在不断进行着电磁与磁电的能量转换，进入电机的高次谐波也必然参与到这些磁电或电磁能量的转换中去，并会在转子中产生随谐波脉动的谐波电磁转矩。谐波磁动势和转子谐波电流合成产生的恒定谐波电磁转矩与随谐波脉动的谐波电磁转矩共同作用将会引起电机磁场的脉动，这些脉动会引起电机电磁转矩振动，造成电机转速振荡和转速不稳定。这种现象主要发生在电机低速运行阶段，例如电机在10hz频率下运行时，就能明显观察到电机运转不稳定。
2.对电机绝缘可靠性的影响
随着电力电子技术的发展，为了最大限度减少输出中的低次谐波和改善调速性能，变频器都使用了很高的载波频率，脉冲宽度很窄，因而电压上升时间dv/dt很短，上升速度很快。使用变频器牵引普通三相异步电机时，电机定子绕组上所承受电压的分布不均匀。关于在高幅值、短波头的电压陡波下电机定子绕组匝间分布的研究结果表明，绕组匝间电压分布与dv/dt有关。当电压上升时间t<0.3us时，绕组的前几匝所承受的电压应力将超过正常值的1倍以上；当t<50ns时，电机定子绕组的首端几匝将承担约80%的定子端电压，该位置承受的匝间电压超过平均匝间电压的10倍以上。在如此高强度的电应力作用下，使得电机绕组的首、尾匝经常成为绝缘被击穿的故障点。使用变频器牵引普通三相异步电机时，作用于电机绕组线圈的电压（波形、极性、电压的幅值）在匝间绝缘上的性质有很大的差异，变频器控制的电机其绝缘系统所承受的电压是正常电压和逆变器换向时所产生的尖峰电压的叠加值，其实际承受的过电压是正常电压值的数倍。现在大多数变频器都采用PWM逆变器，通过PWM逆变器产生上升和下降时间极短的开关脉冲波形，一般波形的前后沿上升或下降时间在20—100us，器件开关的频率能达到几千赫兹，甚至上万赫兹。当每个脉冲换向的瞬间，脉冲波形的极性从正，快速转换成负或从负转换成正，此时电机的定子绕组承受的电压上升速度很快。试验得出，此时电机绝缘承受着一个二倍于尖峰电压的冲击过电压。在这样高的冲击电压作用下，电机绕组将会产生局部电晕，电化腐蚀绕组绝缘材料，随着电机运行的延续，不断危害着电机绝缘系统的可靠性。目前普通异步电机所使用的漆包线多为聚脂薄膜漆包线，电磁线绝缘漆的表面在高倍显微镜下可以清晰地看到存在大量微孔，电机绕组的电磁线在高频电场作用下，绕组匝间会产生表面的局部电晕放电。
3.变频器牵引普通三相异步应用对策
相关研究表明，当快速上升或下降的电压从电源端通过电缆输送到电机端，如果两者间的阻抗不匹配，电源端的能量就不能被负载完全消耗，多余的能量将沿电缆产生一个反射波，反射波到达逆变器端后将再感应出另一个由电缆和变频器阻抗不匹配而产生的反射波，并叠加到原始电压波上，从而使给电机供电的电压波前沿产生一个很高的尖峰电压。这个尖峰电压的幅值随电缆长度的增加而增加，在到达尖峰电压的临界值后，随电缆长度的增加而很小幅度的降低。同时，相关研究还表明，这种尖峰电压是一种振荡衰减电压波，它主要集中在定子绕组的进线端，对绕组端口处的绝缘造成影响，易造成绕组端口处绝缘损坏。变频器的使用使三相异步电机可以再较宽的频率范围内实现连续的无级速度变化以及平滑的控制启制动，但是频繁的工作在低速工况条件下，会对普通三相异步电机的冷却带来不利影响。风机在低于额定转速时，冷却风量与风机转速成指数关系，即风叶风量的减少是成指数关系减少的。这样会使电机在低速时严重缺少冷却风量，电机运转是积聚的热量就难以被及时带走，造成电机运行发热，降低电机输出功率。因此，对于使用变频器牵引的普通三相异步电动机需要加设独立的恒转速风机，以确保电机在所有速区的冷却效果。
结束语：总体而言，引起电机启动故障的原因很多，因此在实际使用过程中，要按照正确的方法进行操作，定期检查电机，故障发生时，要运用正确方法进行故障处理。这就要求我们必须要熟悉常见故障的特点及原因，争取做到抓住关键，及时准确进行维护，抓紧时间，尽快排出故障，减少损失。
参考文献：
[1]杨柳春.电机维修技术实训[M].北京.化学工业出版社.2008.
[2]佟来生.变频牵引电机端子原理及影响[J].西南交通大学学报，2013
关键词：电动机；故障；通用变频器
三相异步电机由定子和转子组成，定子由机座中的定子绕组和定子铁芯组成，转子由转子绕组和转子铁芯组成。按转子的结构不同，可将异步电机分为笼型和绕线转子两大类。笼型异步电机构造简单，价格较低，维护方便，逐渐已成为应用最广泛的电动机之一。绕线转子异步电机构造复杂，价格相对较高，但因其调速、启动性好等优点，具有非常好的应用前景。三相异步电机的绕组是一个相对对称的三相绕组，在将定子绕组通入对称的三相交流电流时，就会在电机内部形成一个旋转磁场，通过旋转磁场切割电子绕组，从而产生感应电流，转子导体在定子旋转磁场的作用下产生电磁力，进而在电机转轴上形成电碰转矩，驱动电机旋转。
1.对电机技术参数的影响
电机转动时，转子的感生电动势、感抗、电流和转矩均受供电电源频率的影响。当使用变频器牵引异步三相电机时，变频器产生的高次谐波进入电机，引起电机转子感抗的变化，在电机转子电路中产生谐波电动势和谐波电流。不同幅值和频率的谐波电动势和谐波电流必将引起电机转子绕组铜耗和铁芯铁耗的增加，这些损耗都会使异步电机的效率和功率因数降低，而这些损耗大部分的能量都转变成热能，引起电机的附加发热，导致普通异步电机工作温度的上升。电机运行过程中，电机在不断进行着电磁与磁电的能量转换，进入电机的高次谐波也必然参与到这些磁电或电磁能量的转换中去，并会在转子中产生随谐波脉动的谐波电磁转矩。谐波磁动势和转子谐波电流合成产生的恒定谐波电磁转矩与随谐波脉动的谐波电磁转矩共同作用将会引起电机磁场的脉动，这些脉动会引起电机电磁转矩振动，造成电机转速振荡和转速不稳定。这种现象主要发生在电机低速运行阶段，例如电机在10hz频率下运行时，就能明显观察到电机运转不稳定。
2.对电机绝缘可靠性的影响
随着电力电子技术的发展，为了最大限度减少输出中的低次谐波和改善调速性能，变频器都使用了很高的载波频率，脉冲宽度很窄，因而电压上升时间dv/dt很短，上升速度很快。使用变频器牵引普通三相异步电机时，电机定子绕组上所承受电压的分布不均匀。关于在高幅值、短波头的电压陡波下电机定子绕组匝间分布的研究结果表明，绕组匝间电压分布与dv/dt有关。当电压上升时间t<0.3us时，绕组的前几匝所承受的电压应力将超过正常值的1倍以上；当t<50ns时，电机定子绕组的首端几匝将承担约80%的定子端电压，该位置承受的匝间电压超过平均匝间电压的10倍以上。在如此高强度的电应力作用下，使得电机绕组的首、尾匝经常成为绝缘被击穿的故障点。使用变频器牵引普通三相异步电机时，作用于电机绕组线圈的电压（波形、极性、电压的幅值）在匝间绝缘上的性质有很大的差异，变频器控制的电机其绝缘系统所承受的电压是正常电压和逆变器换向时所产生的尖峰电压的叠加值，其实际承受的过电压是正常电压值的数倍。现在大多数变频器都采用PWM逆变器，通过PWM逆变器产生上升和下降时间极短的开关脉冲波形，一般波形的前后沿上升或下降时间在20—100us，器件开关的频率能达到几千赫兹，甚至上万赫兹。当每个脉冲换向的瞬间，脉冲波形的极性从正，快速转换成负或从负转换成正，此时电机的定子绕组承受的电压上升速度很快。试验得出，此时电机绝缘承受着一个二倍于尖峰电压的冲击过电压。在这样高的冲击电压作用下，电机绕组将会产生局部电晕，电化腐蚀绕组绝缘材料，随着电机运行的延续，不断危害着电机绝缘系统的可靠性。目前普通异步电机所使用的漆包线多为聚脂薄膜漆包线，电磁线绝缘漆的表面在高倍显微镜下可以清晰地看到存在大量微孔，电机绕组的电磁线在高频电场作用下，绕组匝间会产生表面的局部电晕放电。
3.变频器牵引普通三相异步应用对策
相关研究表明，当快速上升或下降的电压从电源端通过电缆输送到电机端，如果两者间的阻抗不匹配，电源端的能量就不能被负载完全消耗，多余的能量将沿电缆产生一个反射波，反射波到达逆变器端后将再感应出另一个由电缆和变频器阻抗不匹配而产生的反射波，并叠加到原始电压波上，从而使给电机供电的电压波前沿产生一个很高的尖峰电压。这个尖峰电压的幅值随电缆长度的增加而增加，在到达尖峰电压的临界值后，随电缆长度的增加而很小幅度的降低。同时，相关研究还表明，这种尖峰电压是一种振荡衰减电压波，它主要集中在定子绕组的进线端，对绕组端口处的绝缘造成影响，易造成绕组端口处绝缘损坏。变频器的使用使三相异步电机可以再较宽的频率范围内实现连续的无级速度变化以及平滑的控制启制动，但是频繁的工作在低速工况条件下，会对普通三相异步电机的冷却带来不利影响。风机在低于额定转速时，冷却风量与风机转速成指数关系，即风叶风量的减少是成指数关系减少的。这样会使电机在低速时严重缺少冷却风量，电机运转是积聚的热量就难以被及时带走，造成电机运行发热，降低电机输出功率。因此，对于使用变频器牵引的普通三相异步电动机需要加设独立的恒转速风机，以确保电机在所有速区的冷却效果。
结束语：总体而言，引起电机启动故障的原因很多，因此在实际使用过程中，要按照正确的方法进行操作，定期检查电机，故障发生时，要运用正确方法进行故障处理。这就要求我们必须要熟悉常见故障的特点及原因，争取做到抓住关键，及时准确进行维护，抓紧时间，尽快排出故障，减少损失。
参考文献：
[1]杨柳春.电机维修技术实训[M].北京.化学工业出版社.2008.
[2]佟来生.变频牵引电机端子原理及影响[J].西南交通大学学报，2013